一种风洞轴流风扇气动噪声计算方法与流程

本发明涉及气动噪声研究领域，具体地，涉及一种风洞轴流风扇气动噪声计算方法。

背景技术：

1、气动声学测试一般在声学风洞中开展，国外自上世纪70年代就开始建设大型声学风洞，或者在已有风洞基础上增建声学试验段。在这些风洞中进行的直升机噪声、桨扇噪声和汽车车身内外噪声等试验研究。为满足我国在民用客机、军用飞行器以及高速列车等型号研制中对噪声的限值要求，国内也从2013年开始陆续建成了多座大型声学风洞。

2、声学风洞采用低噪声轴流风扇设计方法研制风洞动力段、在回路中设置消声装置以及在风洞试验段外建设无回声驻室等手段，以达到降低风洞背景噪声的目的，更低的背景噪声是声学风洞建设过程中最核心的一项技术指标。

3、大型风洞的轴流风扇一般为定制设计、非标加工，影响其噪声辐射的因素非常多样，计算预测其噪声辐射的难度非常大，在风洞设计、试验过程中，一般利用风扇电机的功率进行简单地估算，结果与实际情况相差较大。

技术实现思路

1、本发明目的是准确的计算出风洞轴流风扇气动噪声，为实现上述目的，本发明提供了一种风洞轴流风扇气动噪声计算方法，所述方法包括：

2、获得风洞轴流风扇的设计参数；

3、基于风洞轴流风扇的设计参数，分别计算获得风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声、风扇进口管道辐射离散单音噪声、风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声和风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声；

4、基于风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声、风扇进口管道辐射离散单音噪声、风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声和风扇出口管道辐射离散单音噪声，分别计算获得风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声频谱、风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声频谱、风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声频谱和风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声频谱；

5、基于风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声频谱、风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声频谱、风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声频谱和风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声频谱，计算获得风洞轴流风扇总噪声强度数据。

6、其中，本方法针对风油轴流风扇管道内高负荷下气流的复杂流动问题，开展了大量的风洞典型轴流风扇噪声频谱特性、指向性的仿真工作，建立了自由声场模型、叶片排模型、管道声场模型和流场/声场统一模型，在此基础上开展了风洞实测，本方法计算结果与风洞实测结果一致性较好，在设计阶段即可较为准确的获取风洞轴流风扇的气动噪声数据。

7、通常风洞轴流风扇噪声的计算方法按照以下4个步骤进行：一、开展风扇噪声频谱特性分析；二、通过流体仿真确定噪声源的指向性；三确定总噪声谱中各种噪声分量的占比；四、根据相关计算分析方法对其声学特征进行计算和预测。该过程比较烦琐，而且需要较为全面的气动和声学知识储备，实际操作难度较大。本方法将这一过程进行了大幅的简化，按照设计参数依次计算即可，具有极强的可操作性。

8、优选的，风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声的计算方式为：

9、；

10、其中， l进口宽频为风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声，δt为气流经过风洞轴流风扇的总温升；为质量流速； m tr为风洞轴流风扇的叶尖马赫数；( m tr)d为风洞轴流风扇上设计点的叶尖马赫数； f 1[( m tr), ( m tr)d]为第一中间数值， f 2 (rss)为第二中间数值， f 31 (θ1)为第三中间数值， rss为风洞轴流风扇转子与静子空间常数；

11、当满足 m tr≤1且( m tr)d≤0.9时， f 1[( m tr), ( m tr)d] =58.5；

12、当满足 m tr＞1且( m tr)d≤0.9时， f 1[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

13、；

14、当满足 m tr＞1且( m tr)d＞0.9时， f 1[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

15、；

16、当满足 m tr≤1且( m tr)d＞0.9时， f 1[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

17、；

18、若风洞轴流风扇进口管道具有导叶， rss的计算方式为：

19、；

20、若风洞轴流风扇进口管道无导叶，的计算方式为：

21、；

22、其中， c 1为风洞轴流风扇导叶在气流方向的宽度； c 2为导叶和静叶之间的间隙宽度； c 3为转子叶片在气流方向的宽度； c 4为叶片和止旋片之间间隙的宽度；

23、若风洞轴流风扇进口管道具有导叶且 rss＞1， f 2 (rss)=2.39；

24、若风洞轴流风扇进口管道无导叶，或 rss≤1， f 2 (rss)的计算方式为：

25、；

26、第三中间数值的获得方式为：基于风洞轴流风扇进口管道的入口宽频噪声方向角与第三中间数值之间的对关系获得第三中间数值。

27、优选的，风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声频谱的计算方式为：

28、；

29、其中， l进口宽频为风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声，spl进口宽频为风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声频谱， f为当地噪声的频率； f b为风洞轴流风扇叶片的通过频率。

30、优选的，风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声的计算方式为：

31、；

32、其中， l进口离散为风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声，δt为气流经过风洞轴流风扇的总温升；为质量流速； m tr为风洞轴流风扇的叶尖马赫数；( m tr)d为风洞轴流风扇上设计点的叶尖马赫数； f 2[( m tr), ( m tr)d]为第四中间数值， f 3 (rss)为第五中间数值， f 32 (θ 2)为第六中间数值， rss为风洞轴流风扇转子与静子空间常数；

33、当满足 m tr≤1且( m tr)d≤0.72时， f 2[( m tr), ( m tr)d]=60.5；

34、当满足 m tr＞1且( m tr)d≤0.72时， f 2[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

35、；

36、当满足 m tr＞1且( m tr)d＞0.72时， f 2[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

37、；

38、当满足 m tr≤1且( m tr)d＞0.72时， f 2[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

39、；

40、若风洞轴流风扇进口管道具有导叶， rss的计算方式为：

41、；

42、若风洞轴流风扇进口管道无导叶， rss的计算方式为：

43、；

44、其中， c 1为风洞轴流风扇导叶在气流方向的宽度； c 2为导叶和静叶之间的间隙宽度； c 3为转子叶片在气流方向的宽度； c 4为叶片和止旋片之间间隙的宽度；

45、若风洞轴流风扇进口管道具有导叶且 rss＞1， f 3 (rss)=4.77；

46、若风洞轴流风扇进口管道无导叶，或 rss≤1， f 3 (rss)的计算方式为：

47、；

48、第六中间数值的获得方式为：基于风洞轴流风扇进口管道的入口离散单音噪声方向角与第六中间数值之间的对关系获得第六中间数值。

49、优选的，风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声频谱的计算方式为：

50、；

51、其中，spl进口单音为风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声频谱， l进口离散为风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声， s 1为单频噪声频谱特性曲线函数， s 2为当风洞轴流风扇有进口流场畸变时，风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音谐波级曲线函数。

52、优选的，风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声的计算方式为：

53、；

54、其中， l出口宽频为风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声，δt为气流经过风洞轴流风扇的总温升；为质量流速； m tr为风洞轴流风扇的叶尖马赫数；( m tr)d为风洞轴流风扇上设计点的叶尖马赫数； f 3[( m tr), ( m tr)d]为第七中间数值， f 4 (rss)为第八中间数值， f 33 (θ3)为第九中间数值， rss为风洞轴流风扇转子与静子空间常数， c为常数；

55、当满足 m tr≤1且( m tr)d≤1时， f 3[( m tr), ( m tr)d]=60；

56、当满足 m tr≤1且( m tr)d＞1时， f 3[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

57、；

58、当满足 m tr＞1且( m tr)d＞1时， f 3[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

59、；

60、当满足 m tr1且( m tr)d≤1时， f 3[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

61、；

62、若风洞轴流风扇出口管道具有导叶， rss的计算方式为：

63、；

64、若风洞轴流风扇出口管道无导叶， rss的计算方式为：

65、；

66、其中， c 1为风洞轴流风扇导叶在气流方向的宽度； c 2为导叶和静叶之间的间隙宽度； c 3为转子叶片在气流方向的宽度； c 4为叶片和止旋片之间间隙的宽度；

67、若风洞轴流风扇出口管道具有导叶且 rss＞1， f 4 (rss)=2.39；

68、若风洞轴流风扇出口管道无导叶，或 rss≤1， f 4 (rss)的计算方式为：

69、；

70、第九中间数值的获得方式为：基于风洞轴流风扇出口管道的出口宽频噪声方向角与第九中间数值之间的对关系获得第九中间数值。

71、优选的，风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声频谱的计算方式为：

72、；

73、其中，spl出口宽频为风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声频谱， l出口宽频为风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声， f为当地噪声的频率； f b为风洞轴流风扇叶片的通过频率。

74、优选的，风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声的计算方式为：

75、；

76、其中， l出口离散为风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声，δt为气流经过风洞轴流风扇的总温升；为质量流速； m tr为风洞轴流风扇的叶尖马赫数；( m tr)d为风洞轴流风扇上设计点的叶尖马赫数； f 4[( m tr), ( m tr)d]为第十中间数值， f 5 (rss)为第十一中间数值， f 34 (θ4)为第十二中间数值， rss为风洞轴流风扇转子与静子空间常数， c为常数；

77、当满足 m tr≤1且( m tr)d≤1时， f 4[( m tr), ( m tr)d]=63；

78、当满足 m tr＞1且( m tr)d≤1时， f 4[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

79、；

80、当满足 m tr＞1且( m tr)d＞1时， f 4[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

81、；

82、当满足 m tr≤1且( m tr)d＞1时， f 4[( m tr), ( m tr)d]的计算方式为：

83、；

84、若风洞轴流风扇出口管道具有导叶， rss的计算方式为：

85、；

86、若风洞轴流风扇出口管道无导叶， rss的计算方式为：

87、；

88、其中， c 1为风洞轴流风扇导叶在气流方向的宽度； c 2为导叶和静叶之间的间隙宽度； c 3为转子叶片在气流方向的宽度； c 4为叶片和止旋片之间间隙的宽度；

89、若风洞轴流风扇出口管道具有导叶且 rss＞1， f 5 (rss)=4.77；

90、若风洞轴流风扇出口管道无导叶，或 rss≤1， f 5 (rss)的计算方式为：

91、；

92、第十二中间数值的获得方式为：基于风洞轴流风扇出口管道的出口离散单音噪声方向角与第十二中间数值之间的对关系获得第十二中间数值。

93、优选的，风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声频谱的计算方式为：

94、；

95、其中，spl出口单音为风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声频谱， l出口离散为风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声， s 1为单频噪声频谱特性曲线函数。

96、优选的，风洞轴流风扇总噪声强度数据的计算方式为：

97、；

98、其中，spl总为风洞轴流风扇总噪声强度数据，spl进口宽频为风洞轴流风扇进口管道辐射宽频噪声频谱，spl进口单音为风洞轴流风扇进口管道辐射离散单音噪声频谱，spl出口宽频为风洞轴流风扇出口管道辐射宽频噪声频谱，spl出口单音为风洞轴流风扇出口管道辐射离散单音噪声频谱。

99、本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

100、本方法能够准确的计算出风洞轴流风扇气动噪声。